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太阳能冰箱的研究及应用前景分析 更新于2009-04-01 17:53:41 文章出处:《电器》杂志

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  作为冰箱消费大国,中国每年都有上千万台冰箱进入市场,冰箱在给人民生活带来便利的同时,也消耗了大量的电力资源。据统计,目前中国冰箱保有量 为1.3亿台,家用冰箱的城市普及率已超过90%,农村普及率也已超过16%,其年用电量达6000亿度,占居民总用电量的25%~45%。同时,目前中 国仍以煤为主要资源进行电力生产,生产过程中会排放出大量的二氧化碳和其他有害气体。在常规能源日渐耗尽和生态环境日益恶化这两大危机的夹击下,推广太阳 能冰箱可以使有害气体的排放量得到大幅削减,有利于减轻对大气的污染,并将推动国内能源的可持续利用。

    太阳能制冷技术的现状

    太阳能制冷是太阳能利用的一个重要方面,人们在这一领域已经进行了大量研究。目前,实现太阳能制冷主要有两种形式:一种是光电转换制冷,实际上是太阳能发 电的一种应用,先实现光电转换,再利用太阳能电池驱动冰箱的压缩式制冷系统;另一种是太阳能光热转换制冷,其研究方向主要包括太阳能吸收式制冷、太阳能吸 附式制冷和太阳能喷射式制冷。

    1.吸收式制冷系统。自蒸发器出来的低压蒸气进入吸收器,被吸收剂强烈吸收,吸收过程中放出的热量被冷却水带走,形成的浓溶液由泵送入发生器中,被热源加热后蒸发,产生高压蒸气,进入冷凝器冷却,而稀溶液减压回流到吸收器,完成一个循环。

    2.吸附式制冷系统。工作过程由热解吸和冷却吸附组成,基本循环过程是利用太阳能或者其他热源,使吸附剂和吸附质形成的混合物(或络合物)在吸附器中发生 解吸,放出高温高压的制冷剂气体进入冷凝器,冷凝出来的制冷剂液体由节流阀进入蒸发器。制冷剂蒸发时吸收热量,产生制冷效果,蒸发出来的制冷剂气体进入吸 附发生器,被吸附后形成新的混合物(或络合物),从而完成一次吸附制冷循环过程。

    3.喷射式制冷系统。制冷剂在换热器中吸热后汽化、增压,产生饱和蒸气,蒸气进入喷射器,经过喷嘴高速喷出膨胀,在喷嘴附近产生真空,将蒸发器中的低压蒸 气吸入喷射器,经过喷射器出来的混合气体进入冷凝器放热、凝结,然后冷凝液的一部分通过节流阀进入蒸发器吸收热量后汽化,这部分工质完成的循环是制冷循 环。

    光电转换制冷原理简单,容易实现,但其太阳能电池成本较高;而光热转换制冷虽然技术要求高,但成本低廉。吸收式制冷技术出现的最早,技术相对成熟,目前太 阳能溴化锂吸收式制冷机已广泛应用在大型空调领域,但是吸收式制冷系统庞大,运行复杂,并且制冷剂存在易结晶、腐蚀性强、蒸发温度只能在0℃以上等缺点, 同时其工作压力高,具有一定危险性。在喷射式制冷技术中,循环泵是唯一的运行部件,系统设置比较简单、运行稳定、可靠性高,但喷射制冷效果较低。鉴于此, 目前太阳能用于冰箱技术的实现途径主要是太阳能光电转换制冷技术和太阳能吸附制冷技术。

    太阳能光电制冷冰箱技术

    太阳能光电制冷冰箱主要包括太阳能光伏冰箱和太阳能半导体冰箱。太阳能光伏冰箱是在普通传统压缩式冰箱基础上研制成的,由太阳电池、控制器、蓄电池和冰箱 等部件组成。由于太阳能光伏冰箱的内部结构与传统冰箱相同,只是供电装置改为太阳能电池,因此实现起来相对简单。

国外文献报道显示,很多实验结果表明,把传统交流冰箱改制成适用于光伏太阳能系统的直流冰箱后,各部件可以正常运行,冰箱可以正常工作。而在国内, 针对太阳能光电制冷冰箱的研究也不少,并有一定进展。《太阳能学报》2007年报道了刘群生等对一种光伏直流冰箱系统运行性能的研究结果,该系统的唯一动 力源为太阳能,采用直流压缩机,系统中配有蓄电池。实验结果表明:该冰箱冷冻室的最低温度可达-16℃,冷藏室可达0~10℃,在25℃的环境温度下工作 时,运转率为48%。早在1997年,黄福林就将新型全数字式SPWM调制方式应用在太阳光电制冷冰箱的变频电路,并实现了冰箱温度的自动控制。